基于碳排放的C2B廢舊手機逆向物流回收網(wǎng)絡(luò)設(shè)計研究

李軍濤，李都林，路夢夢

（上海海洋大學 工程學院，上海 201306）

0 引言

據(jù)國家工業(yè)和信息化部統(tǒng)計，截至2017年我國的移動手機用戶總數(shù)達13.6億戶[1]，而隨著手機的更新?lián)Q代周期逐漸縮短，每年大約有3億多部手機閑置或報廢。廢舊手機中含有金、銀、鈀、銅等多種稀有金屬，包括玻璃、塑料等材料，具有非常大的潛在資源化價值[2,3]，同時，廢舊手機如果處理不當，將會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大的影響?？爝f行業(yè)的發(fā)展帶動快遞回收的興起，如何在高昂的快遞成本下建立一個合理高效的廢舊手機逆向物流網(wǎng)絡(luò)，最大程度的回收利用廢舊手機，實現(xiàn)社會、經(jīng)濟、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，已經(jīng)成為我國發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的重要研究課題之一。

國內(nèi)外關(guān)于電子廢棄物逆向物流的研究已經(jīng)取得一定的研究成果，但針對廢舊手機逆向物流的研究相對較少。如Norom等[4]考慮到政府對廢舊手機回收所起到的作用，并設(shè)計了由政府主導、由制造商負責回收的回收體系?？讟s娟[5]以廢舊手機為例，對第三方回收企業(yè)主導的電子廢棄物逆向物流網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進行了研究。李丹寧等[6]構(gòu)建了一個多產(chǎn)品、單周期的由第三方回收企業(yè)主導的廢舊手機逆向物流網(wǎng)絡(luò)。這些研究都是在傳統(tǒng)回收模式的基礎(chǔ)上進行研究，隨著電子商務(wù)的快速發(fā)展，這些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在新的市場環(huán)境下已不再完全適用。在互聯(lián)網(wǎng)背景下，凌旭等[7]人，構(gòu)建了互聯(lián)網(wǎng)回收企業(yè)主導的廢舊手機逆向物流網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃模型，考慮了手機回收質(zhì)量以及政府補貼帶來的影響。許曉彬等[8]提出了生產(chǎn)制造商委托互聯(lián)網(wǎng)回收商以及專業(yè)拆解公司回收的雙渠道回收模型，并在集中決策以及分散決策下研究了閉環(huán)供應(yīng)鏈各利益主體的定價策略問題。上述研究都涉及了互聯(lián)網(wǎng)回收，但均未考慮到新興的快遞回收方式。快遞回收回收地區(qū)分散、多批次的特點意味著高昂的快遞費用[9]，如何降低物流成本，成為一個亟待解決的問題。結(jié)合近幾年來C2B商業(yè)模式的興起，構(gòu)建一個完善的C2B廢舊手機逆向物流網(wǎng)絡(luò)能夠更大程度的實現(xiàn)廢舊手機的回收利用，同時大大減少回收企業(yè)的物流成本。

從1997年的《京都議定書》，到2015年習近平在氣候變化巴黎大會開幕式上關(guān)于《攜手構(gòu)建合作共贏、公平合理的氣候變化治理機制》的講話，各國紛紛出臺減少二氧化碳排放的碳稅、碳交易、碳限額等政策[10]，低碳經(jīng)濟已經(jīng)成為各國經(jīng)濟發(fā)展的熱點問題。運輸行業(yè)作為支撐社會經(jīng)濟活動的重要行業(yè)[11]，其碳排放量占所有排放總量的四分之一左右[12,13]，所以有必要控制物流運輸過程中的碳排放，如郭健全[14]、曹鋒[15]等學者對考慮碳排放的物流網(wǎng)絡(luò)進行了研究。物流運輸是廢舊手機逆向物流過程中的一個重要環(huán)節(jié)，研究考慮碳排放的廢舊手機逆向物流不但是對碳排放政策的積極響應(yīng)，而且給企業(yè)發(fā)展低碳經(jīng)濟提供借鑒。

基于以上分析，本文研究低碳環(huán)境下考慮快遞回收的廢舊手機回收網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，構(gòu)建基于碳排放的C2B廢舊手機逆向物流回收網(wǎng)絡(luò)模型，為低碳背景下C2B廢舊手機逆向物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計提供借鑒。

1 問題描述

C2B商業(yè)模式下，由互聯(lián)網(wǎng)回收企業(yè)主導的廢舊手機逆向物流回收網(wǎng)絡(luò)包括客戶、回收點、回收中心、快遞回收轉(zhuǎn)運中心、處理中心、廢舊手機處理廠6個部分，如圖1所示?？蛻敉ㄟ^互聯(lián)網(wǎng)回收企業(yè)的網(wǎng)上回收平臺初步評估廢舊手機回收價格之后，可根據(jù)自身意愿從以下三種回收方式中選擇一種進行手機回收：上門回收、快遞回收、自送回收。上門回收時，由回收點專業(yè)回收人員上門當場檢測定價并完成交易；快遞回收時，由客戶自己快遞廢舊手機至互聯(lián)網(wǎng)回收企業(yè)指定的快遞回收轉(zhuǎn)運中心或處理中心，檢測并完成交易，快遞回收時，快遞物流外包給特定快遞企業(yè)，協(xié)商定價；自送回收時，由客戶自己將廢舊手機送到回收點，檢測并完成交易。回收中心負責將各回收點、快遞回收轉(zhuǎn)運中心回收的廢舊手機進行收集并統(tǒng)一運往處理中心，處理中心負責根據(jù)回收手機品質(zhì)進行分類處理，將一部分功能完全報廢的手機送至廢舊手機處理廠進行資源回收，功能完好或者部分功能完好的手機用于二次銷售或手機維修。

圖1 C2B廢舊手機逆向物流回收網(wǎng)絡(luò)

2 構(gòu)建模型

2.1 模型基本假設(shè)

1）回收點、回收中心、候選快遞回收轉(zhuǎn)運中心、候選處理中心的位置和數(shù)量已知，快遞回收轉(zhuǎn)運中心與回收中心建在同一位置，只有一個廢舊手機處理廠且位置已知。

2）運輸單位成本已知，運輸成本與運輸距離成線性關(guān)系。

3）考慮各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的建設(shè)成本，考慮快遞成本，以及省內(nèi)、國內(nèi)的快遞成本差異，不考慮回收企業(yè)與快遞公司協(xié)商所獲得的運費折扣。

4）假設(shè)每個客戶訂單僅回收一部手機?？爝f回收時，手機重量均在運費首重范圍內(nèi)。

5）假設(shè)回收價格都能滿足客戶需求，不會產(chǎn)生退貨現(xiàn)象。

6）所有快遞回收產(chǎn)生的快遞費用均由互聯(lián)網(wǎng)回收企業(yè)承擔。

7）考慮快遞回收時，由于企業(yè)檢測人員對手機實物檢測的結(jié)果與客戶提供的信息不一致時，所產(chǎn)生的額外溝通成本。

8）假設(shè)不同地區(qū)的三種回收方式所占地區(qū)總回收量的比例相同。

2.2 下標符號說明

i為各地區(qū)下標，i∈{1，2，3，…，I}；

j為回收點下標，j∈{1，2，3，…，J}；

d為處理中心，d∈{1，2，3，…，D}；

w為廢舊手機處理廠。

2.3 參數(shù)

xij為i地區(qū)j回收點的區(qū)域回收量；

U、V、VE、D分別為回收點、回收中心、快遞回收轉(zhuǎn)運中心、處理中心的最大處理量；

cij為i地區(qū)j回收點的建設(shè)成本；

ci、cri分別為i地區(qū)回收中心、快遞回收轉(zhuǎn)運中心的建設(shè)成本；

cd為d處理中心的建設(shè)成本；

pi為廢舊手機在i地區(qū)回收中心處的單位運營成本（含庫存成本）；

pj、pd分別為廢舊手機在回收點處和處理中心處的單位運營成本（含庫存成本）；

TCji為i地區(qū)j回收點到i地區(qū)回收中心的單位重量、單位距離的運輸成本；

TCid為i地區(qū)回收中心到d處理中心的單位重量、單位距離的運輸成本；

TCdw為d處理中心到手機處理廠的單位重量、單位距離的運輸成本；

FC為上門回收時回收一部廢舊手機的回收成本（交通成本）；

SC為快遞回收時到快遞回收轉(zhuǎn)運中心的快遞價格；

LCid為快遞回收時i地區(qū)到d處理中心的快遞價格；

C為回收一部手機的平均成本（包括檢測、不包括回收價格）；

EC為快遞回收時，信息不一致導致的額外成本；

disji為j回收點到i地區(qū)回收中心的距離；

disid為i地區(qū)回收中心到d處理中心的距離；

disdw為d處理中心到廢舊手機處理廠的距離；

W為回收廢舊手機的單位平均重量；

α、β、γ分別為快遞回收量、上門回收量、自送回收量占總回收量的比例；

δ為快遞回收時，信息不一致的訂單所占比例；

F為運送到手機處理廠的手機比例；

tcarbon為碳排放稅；

a為運載工具的碳排放系數(shù)；

b為運載時的能源消耗系數(shù)。

2.4 決策變量

Yi為0-1變量，若在i地區(qū)建立快遞回收轉(zhuǎn)運中心則取1，否則取0；

Zd為0-1變量，若建立d處理中心則取1，否則取0，只有d建立，才可向d產(chǎn)生流量；

Trid為0-1變量，若回收手機從i地區(qū)回收中心運到d處理中心則取1，否則取0；

ETrid為0-1變量，若快遞回收時，i地區(qū)手機快遞到d處理中心則取1，否則取0。

2.5 數(shù)學模型

約束條件：

其中：式(1)表示整個回收網(wǎng)絡(luò)的回收成本，包括快遞回收、回收點回收、上門回收；式(2)表示整個回收網(wǎng)絡(luò)的運營成本；式(3)表示整個回收網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的運輸成本；式(4)表示各網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的建設(shè)成本；式(5)表示由于運輸所產(chǎn)生的碳稅成本；式(6)表示回收網(wǎng)絡(luò)成本最小化；式(7)表示一個回收中心所回收的手機只運往一個處理中心；式(8)表示快遞回收時一個地區(qū)的廢舊手機快遞到同一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；式(9)表示至少有一個處理中心；式(10)～式(13)分別表示回收點、回收中心、快遞回收轉(zhuǎn)運中心、處理中心的容量限制。

3 算例

此模型以互聯(lián)網(wǎng)回收企業(yè)在上海、北京、天津等10個地區(qū)回收廢舊手機為例。在每個地區(qū)設(shè)立一個回收中心，分別為I1，I2，I3，…，I10，在每個回收中心設(shè)立待選快遞回收轉(zhuǎn)運中心。在人流量比較大的商場或購物中心設(shè)立回收點，分別為J1，J2，J3，……。在江蘇、武漢、深圳分別設(shè)立待選處理中心D1，D2，D3，以及一個已知位置的廢舊手機處理廠W。具體數(shù)據(jù)如表1～表2所示，數(shù)據(jù)來源：百度地圖。

表1 回收點到回收中心的距離disji （單位：km）

續(xù)（表1）

表2 回收中心、處理中心、廢舊手機處理廠間的距離 （單位：km）

表3 各地區(qū)到處理中心的快遞價格LCid （單位：元）

表4 各回收點區(qū)域總回收量xij （單位：部）

續(xù)（表4）

表5 模型中設(shè)定的參數(shù)

4 算例求解及模型分析

此數(shù)學模型是整數(shù)非線性規(guī)劃模型，屬于NP難問題，難以直接求解。粒子群算法是一種基于群體的智能進化算法[17]，具有收斂速度快，求解質(zhì)量高的特點，被廣泛應(yīng)用于物流網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方面，因而本文采用改進的粒子群算法進行模型求解，算法參考黃太安等[18]的改進粒子群算法思想。其粒子更新公式為：

其中c1=2，c2=1.2，c3=2，ω隨迭代次數(shù)動態(tài)取值。

本文先對不建立快遞回收轉(zhuǎn)運中心時的模型進行求解，然后分別從40%、50%、60%、70%、80%的快遞回收所占比例進行模型求解。模型設(shè)置種群粒子數(shù)目為30，最大迭代次數(shù)為350次。

圖2 40%快遞回收時的算法迭代過程

圖3 40%快遞回收時的回收網(wǎng)絡(luò)

圖4 80%快遞回收時的算法迭代過程

圖5 80%快遞回收時的回收網(wǎng)絡(luò)

表6 運算結(jié)果

因文章篇幅有限，選取40%、80%快遞回收時的計算結(jié)果進行對比分析，如圖2～圖5所示。50%、60%、70%的快遞回收時結(jié)果分析與此類似。

運算結(jié)果表明（如表6所示）40%的快遞回收比例時，建立快遞回收轉(zhuǎn)運中心使得回收總體成本下降0.3%，碳稅成本下降12.9%，該回收網(wǎng)絡(luò)模型更加經(jīng)濟，大大降低了碳排放量，符合企業(yè)低碳經(jīng)濟的要求，這驗證了模型的正確性。

由圖3和圖5可知，由于快遞回收所占比例的變化，回收網(wǎng)絡(luò)所選擇的節(jié)點數(shù)量和位置是動態(tài)變化的，這符合實際生活中的情況。隨著快遞回收所占比例的增加，雖然建設(shè)成本有所增加，但節(jié)點的數(shù)量和位置是動態(tài)變化的，減少了節(jié)點間的距離，降低了運輸成本和快遞回收成本。

5 結(jié)論

文章在低碳環(huán)境下，研究了考慮快遞回收的廢舊手機回收網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了基于碳排放的C2B廢舊手機逆向物流回收網(wǎng)絡(luò)模型，并通過算例進行分析表明，該模型符合實際生活情況，更加經(jīng)濟且大大降低了碳排放量，符合企業(yè)低碳經(jīng)濟的要求，從而驗證了模型的正確性。本文為C2B廢舊手機回收企業(yè)在快遞行業(yè)快速發(fā)展以及國家節(jié)能減排政策壓力的背景下，構(gòu)建廢舊手機逆向物流回收網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)經(jīng)濟和環(huán)境利益雙目標提供借鑒。該模型不僅適用于廢舊手機的逆向物流，也適用于電腦、服飾類、小型電器類等可快遞回收產(chǎn)品的逆向物流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建研究。